随着全球经济一体化的持续发展,各国之间的贸易也越来越密切,带动了港口起重机行业的蓬勃发展。随着集装箱吞吐量的不断增长,港口集装箱起重机为满足港口装卸高速化的要求,正朝着大型化、高速化、轻量化发展。本文选定起重机常用俯仰齿轮箱开展轻量化设计工作,使各机构布置更紧凑,减小整个机器房的空间和重量,使起重机更轻,对提高产品的竞争力具有十分重要的意义。齿轮减速箱中齿轮、轴和箱体三部分约占整个减速箱重量的90%。因此,本文从这三方面入手,对俯仰减速箱进行减重优化。采取增加齿轮压力角来加大危险截面齿厚,从而降低该处计算弯曲应力;对齿轮进行强化喷丸处理,提高齿轮许用弯曲强度。在齿轮强度安全系数提高后,在保证与原有型号同额定输出扭矩前提条件下,尽可能减小齿轮宽度,降低齿轮重量。通过减短各轴轴长及加粗轴与齿轮配合处的直径,合理分配各轴安全系数来减轻重量,对承受外部载荷的输入轴和输出轴进行刚度校核。利用ANSYS软件中的设计模块Design Exploration对箱体进行多目标参数化设计,从分析结果中选取最优方案;采用拓扑优化技术对优化后的箱体布局做进一步的减重分析。对减重优化后的箱体进行模态分析,结果表明箱体满足其动态特性要求。对减重优化后的俯仰减速箱样机采用直流母线电回馈式加载方案进行测试,结果表明,振动、噪音和温升指标均满足要求。通过优化设计,减速箱重量减轻了12.58%,达到预期设定的减重10%以上的目标。